張志強+趙樹權

摘 要：本文介紹了神華大雁集團雁南礦礦井綜合自動化系統(tǒng)的規(guī)劃、設計和改造，使雁南礦的自動化各系統(tǒng)實現(xiàn)異構條件下的互聯(lián)互通與資源共享，構建統(tǒng)一的網絡平臺、統(tǒng)一的軟件平臺、統(tǒng)一的管理平臺，以安全生產為前提，最大程度地避免重復投資及資源浪費，實現(xiàn)自動化子系統(tǒng)無人或少人值守，并對人員和設備實時管控，達到安全管理的一體化，優(yōu)化人力資源配置，保障礦井安全高效生產。

關鍵詞：自動化系統(tǒng)；信息化；PLC；系統(tǒng)改造

中圖分類號：U66 文獻標識碼：A

0.前言

神華大雁集團公司雁南煤礦于1993年開工建設，1996年緩建，2003年復工，2005年12月投入生產。礦井可采儲量23260.8萬噸，設計年生產能力300萬噸，服務年限77.5年，是呼倫貝爾地區(qū)第一對現(xiàn)代化立井提升礦井。全礦現(xiàn)有職工1066人，實行礦隊兩級管理，礦機關設有8個職能科室，基層單位設有5個區(qū)隊。

礦井提升系統(tǒng)中的主井提升機引用德國西瑪格、西門子公司生產的世界先進的內裝摩擦式礦井提升機，副井提升機采用的是新一代機電一體化數(shù)字控制設備。礦井投入生產后，按照建設“兩型三化”礦井的工作目標，深化企業(yè)管理，科學組織生產，當年達到一期180萬噸設計能力。

隨著開采工藝的變革，以及礦井提升、通風、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)經過多年的重大技術改造，雁南煤礦安全、生產系統(tǒng)的機電裝備水平及監(jiān)測監(jiān)控、人員定位系統(tǒng)有了很大的提高，這些子系統(tǒng)已具備自動化接入條件，為建設現(xiàn)代化、智能化的煤礦打下了堅實的基礎。目前，從礦井信息化和綜合自動化發(fā)展來看，距離集團數(shù)字礦山建設規(guī)劃的現(xiàn)代化、智能化礦井的安全生產和綜合管理要求還相差很遠。主要是現(xiàn)有的礦井生產監(jiān)控系統(tǒng)和自動化裝置自成體系，處于“信息化孤島”和“自動化孤島”狀態(tài)，信息不能共享，需要的光纜、電纜多，維護困難、造價高，無法形成“管控一體化”，礦井綜合自動化平臺的建立能夠有效地解決這些問題。

1.改造方案

綜合自動化系統(tǒng)改造內容主要是由工業(yè)以太網傳輸平臺、一體化生產控制平臺（集團信息公司自主知識產權軟件）、安全生產執(zhí)行系統(tǒng)（集團推廣）及礦井各自動化子系統(tǒng)接入和改造接入幾部分組成。本文主要闡述各子系統(tǒng)自動化改造完善方案。

（1）工業(yè)以太網傳輸平臺

目前井下環(huán)網已經建設，只需增加一臺核心交換機和地面環(huán)網的建設。已建成的管理網絡平臺采用技術成熟的星型以太網交換結構，骨干采用千兆光纖（1000Mbps）互聯(lián)，接入層百兆（100Mbps）到桌面，工業(yè)以太網和管理網采用網閘進行物理連接，建立可滿足日常辦公、安全、生產、經營、監(jiān)測控制等多種應用的高質量信息網絡。

（2）一體化生產控制平臺

①軟件系統(tǒng)

一體化生產控制平臺（綜合自動化平臺）位于神華數(shù)字礦山5層架構的L1設備層和L3生產執(zhí)行系統(tǒng)之間，其監(jiān)控的范圍涵蓋礦井生產的采掘、運輸、地面生產、通風、供配電、供排水、安全等多個方面，主要完成面向設備的監(jiān)視與控制。

一體化生產控制平臺建成后，將實現(xiàn)以采、掘、機、運、通為核心的多專業(yè)數(shù)據(jù)集成、多手段的設備診斷監(jiān)測、多維度的生產數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)各個系統(tǒng)之間的智能聯(lián)動調用，為生產調度指揮提供運營決策輔助支持。

②數(shù)據(jù)中心硬件平臺

系統(tǒng)硬件平臺部署兩臺數(shù)據(jù)采集服務器為雙機備用，部署兩臺實時數(shù)據(jù)庫服務器，其核心功能是對來自數(shù)據(jù)采集服務器數(shù)據(jù)的存貯和管理，并為信息管理系統(tǒng)、生產過程信息系統(tǒng)提供實時和歷史數(shù)據(jù)；部署1臺關系數(shù)據(jù)庫服務器，其數(shù)據(jù)來自冗余的數(shù)據(jù)采集服務器，生成歷史數(shù)據(jù)，進行存儲，對每個采集點配置歷史存儲周期；部署1臺WEB服務器，工礦圖和實時/歷史數(shù)據(jù)通過WEB服務器發(fā)布給不同的部門使用、瀏覽；部署1臺網管防病毒服務器，部署兩臺工程師站和6臺操作員站。

（3）礦井自動化各子系統(tǒng)

①主井提升系統(tǒng)監(jiān)控（接入）

雁南煤礦主井提升電控系統(tǒng)是由一套雙CPU熱備的西門子S7-400PLC+S7-300I/O通信分站組成。S7-400PLC與S7-300模塊通過DP總線通信，監(jiān)控計算機通過DP卡與PLC進行通信。

此提升系統(tǒng)是一套相對獨立、自成體系的系統(tǒng)，具備接入集成條件。只是在此硬件上增加S7-400冗余PLC擴展以太網模塊，通過以太網模式接入環(huán)網交換機。在軟件上需廠家配合提供PLC點表，通過OPC方式接入綜合自動化系統(tǒng)。同時，在主井車房配置一臺帶拾音數(shù)字攝像機，實現(xiàn)現(xiàn)場聲音、視頻采集，實現(xiàn)一體化生產控制平臺對主井提升系統(tǒng)的遠程監(jiān)測和控制，達到具備無人值守的條件。

②副井提升系統(tǒng)監(jiān)控（接入）

副井提升系統(tǒng)電控系統(tǒng)主控制器采用西門子S7-300軟冗余模式，通過DP總線實現(xiàn)CPU、IO分站、監(jiān)控計算機通信。

由于此系統(tǒng)是一套相對獨立，自成體系的系統(tǒng)，具備接入集成條件。只是在硬件上增加S7-300冗余PLC擴展以太網模塊，通過以太網模式接入環(huán)網交換機。軟件上需廠家配合提供PLC點表，通過OPC方式接入綜合自動化平臺。同時，在副井車房配置一臺帶拾音數(shù)字攝像機，實現(xiàn)現(xiàn)場聲音、視頻采集，可實現(xiàn)一體化生產控制平臺對副井提升系統(tǒng)的遠程實時監(jiān)測功能。

③井下排水系統(tǒng)監(jiān)控（改造）

井下建有中央水泵房和采區(qū)水泵房兩個泵房，中央水泵房有5臺離心泵，采區(qū)泵房有3臺離心泵。對中央水泵房進行自動化改造后，可實現(xiàn)遠程就地對水倉水位實時監(jiān)測、各閥門及水泵自動開停、各泵電力參數(shù)監(jiān)測等功能，并根據(jù)液位情況、用電負荷自動啟停、輪換水泵，達到無人值守要求。

中央水泵房配置兩臺礦用可編程控制器，分別采集傳感器及水泵、閘閥信號，通過就地操作臺實現(xiàn)就地監(jiān)控，接入井下環(huán)網通過一體化生產控制平臺實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

④井下供配電系統(tǒng)監(jiān)控（接入/改造）

井下供電系統(tǒng)由井下中央變電所、采區(qū)變電所組成。井下中央變電所高壓開關柜與低壓開關柜已經進行獨立監(jiān)控，設有獨立的監(jiān)控主機和監(jiān)控系統(tǒng)。井下采區(qū)變電所內置19臺高壓饋電開關，15臺低壓饋電開關，4臺移動變壓器，3臺照明綜保。在井下中央變電所和采區(qū)變電所安裝監(jiān)控通信分站，變電所高壓開關柜、高爆開關、饋電開關智能保護器通過RS485接口用屏蔽通信電纜直接并接到本變電所監(jiān)控通信分站的RS485接口上，各開關智能保護器通過RS485總線與監(jiān)控通信分站通信。監(jiān)控通信分站內置以太網交換機通過網線連接本變電所千兆以太網交換機將通信信號傳輸?shù)揭蕴h(huán)網。

在地面調度指揮中心安裝監(jiān)控主機和專業(yè)組態(tài)軟件，組成監(jiān)控平臺，監(jiān)控主機通過以太網與井下變電所設備通信。通過軟件處理，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的遙信、遙測、遙控、遙調和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，生產管理功能。

⑤主扇通風系統(tǒng)監(jiān)控（接入/改造）

主通風機房配置兩臺對旋式軸流風機，每臺風機有兩臺電機，每臺電機均由一臺ABB變頻器拖動。通風機配置風速、風溫、負壓、振動傳感器，并接入風機預埋溫度傳感器，實時監(jiān)測風機運行狀態(tài)；對立式風門加裝開到位、關到位傳感器，對風門位置狀態(tài)進行監(jiān)測；在風機房配置plc控制器和就地觸摸顯示屏，采集各傳感器、變頻器頻率參數(shù)、電流、電壓參數(shù)及風機和風門的開停狀態(tài)，控制通風機和風門的啟停；控制器配置以太網模塊，通過光電轉換模塊就近接入環(huán)網交換機；通風機房配置含拾音設備數(shù)字攝像機，實現(xiàn)對通風機環(huán)境的監(jiān)測，攝像機通過網線就近接入環(huán)網交換機。

通風機監(jiān)控系統(tǒng)接入后，具備風機、風門、相關安全參數(shù)等的遠程實時監(jiān)測和控制功能，能夠就地/遠程一鍵啟停風機、一鍵反風、風機自動倒臺輪換功能，達到無人值守要求。

⑥壓風系統(tǒng)監(jiān)控（接入/改造）

壓風機房配置有4臺上海飛和集團提供的FHOG-132F風冷式螺桿壓縮機，每臺壓風機各配置1個風包，通過連接管理及閥門構成整個壓風機供風系統(tǒng)。目前不能實現(xiàn)壓風機系統(tǒng)的自動控制和自動倒臺，也不能實現(xiàn)壓風機的遠程控制。改造方式如下：

更換主管路進氣閥門、出氣閥門為電動閘閥，更換排污閥為電磁閥；對氣罐加裝溫壓力傳感器監(jiān)測氣罐壓力，氣罐溫度采用已有傳感器；在空壓機配電柜加裝低壓電力采集模塊，實現(xiàn)對各壓風機電力參數(shù)采集；配置plc控制器和就地觸摸顯示屏，接入現(xiàn)有各壓風機控制器、電力綜保、電動閥門、電磁閥及壓力、溫度傳感器，實現(xiàn)對整體空壓機監(jiān)測和控制；控制器配置以太網模塊，就近接入環(huán)網交換機；壓風機房配置一定數(shù)量含拾音設備數(shù)字攝像機，實現(xiàn)對壓風機環(huán)境的監(jiān)測，攝像機通過網線就近接入環(huán)網交換機。

壓風機監(jiān)控系統(tǒng)改造接入一體化生產控制系統(tǒng)后，具備壓風機、閥門、氣罐等遠程實時監(jiān)測和控制功能，能夠根據(jù)氣罐壓力自動啟停、倒臺壓風機，達到無人值守目的。

⑦智能燈房監(jiān)測（接入）

目前，智能礦燈已建成，采用濟源華科CLF100WG智能礦燈架及礦燈智能管理系統(tǒng)。由于智能礦燈系統(tǒng)自帶計算機監(jiān)控軟件，且日常維護管理均需放置于燈房，因此設計從其上位機進行數(shù)據(jù)接入。接入方式為：硬件上通過智能礦燈監(jiān)控系統(tǒng)計算機接入地面環(huán)網交換機；軟件上需廠家配合，提供相應數(shù)據(jù)接口（開放數(shù)據(jù)或提供通用數(shù)據(jù)對接格式），完成軟件及數(shù)據(jù)對接，集成到綜合自動化平臺。

2.經濟效益

通過綜合自動化系統(tǒng)改造后，實現(xiàn)在調度指揮中心集中監(jiān)測監(jiān)控井上、下生產安全信息、控制井上、下機電設備，做到部分機電設備無操作工，機電硐室無人值守，達到減人提效的目的。全礦井綜合自動化改造完成后可以減少崗位人員20人，按照煤礦每人年6.5萬元計算，年節(jié)約130萬元。

參考文獻

[1]郭志博.礦井綜合自動化系統(tǒng)在煤礦的建設應用分析[J].內蒙古煤炭經濟，2014（5）：48+50.

[2]韓建國.神華智能礦山建設關鍵技術研發(fā)與示范[J].煤炭學報，2016（12）：3181-3189.